Proof of Work (PoW)

Proof of Work (PoW) to podstawowa koncepcja w technologii blockchain, zapewniająca mechanizm osiągania konsensusu w zdecentralizowanych sieciach.

Proof of Work to mechanizm konsensusu, który wymaga od uczestników, zwanych górnikami, wykorzystania zasobów obliczeniowych do rozwiązywania złożonych równań kryptograficznych.

Te matematyczne łamigłówki służą jako środek walidacji transakcji i tworzenia nowych bloków w blockchainie w środowisku krypto jest to nazywane lub wydobywaniem lub kopaniem kryptowalut. Górnicy używają oprogramowania działającego na systemach komputerowych zwanych węzłami do na przykład kopania bitcoina.

PoW został po raz pierwszy wprowadzony jako rozwiązanie do zwalczania spamu i ataków typu „odmowa usługi” (DoS) w scentralizowanych systemach.

Koncepcja ta została dostosowana do tokenów cyfrowych w 2004 roku przez amerykańskiego programistę Hala Finneya, który wprowadził ideę „dowodu pracy wielokrotnego użytku” przy użyciu 160-bitowego bezpiecznego algorytmu skrótu 1 (SHA-1).

Satoshi Nakamoto, anonimowy twórca kryptowaluty Bitcoin (BTC), przyjął tę koncepcję jako podstawowy mechanizm konsensusu dla łańcucha bloków Bitcoin uruchomionego w 2009 roku. Od tego czasu PoW stał się synonimem bezpieczeństwa i decentralizacji w przestrzeni kryptowalut.

Techopedia wyjaśnia znaczenie Proof of Work

Blockchain to zdecentralizowana, rozproszona księga, która rejestruje elektronicznie wszystkie transakcje Bitcoin. Transakcje Peer-to-Peer (P2P) są realizowane między użytkownikami, którzy nie znają się ani nie ufają sobie nawzajem, i bez zaufanego scentralizowanego pośrednika, takiego jak bank, więc są one uważane za transakcje bez zaufania (trustless).

Mechanizmy konsensusu, takie jak PoW, pozwalają transakcjom kryptowalutowym w sieciach blockchain być niewymagającymi zaufania i zdecentralizowanymi, zapewniając jednocześnie bezpieczną funkcjonalność zapobiegającą błędom lub oszustwom.

Aby zrozumieć znaczenie Proof of Work, pomyśl o wykorzystaniu zadania wydobywczego jako weryfikacji bloku. Górnik, który jako pierwszy rozwiąże łamigówkę kryptograficzną, wygrywa prawo do weryfikacji i dodania bloku transakcji do łańcucha bloków.

W zamian za wykorzystanie zasobów do tego celu, otrzymuje on pewną ilość nowo wybydobytych Bitcoinów i część opłat transakcyjnych jako nagrodę. Nagroda za blok jest zmniejszana o połowę co cztery lata w procesie znanym jako halving Bitcoina.

Jedną z wad Proof of Work jest to, że posiadanie ogromnych sieci komputerowych działających nieprzerwanie w celu rozwiązywania równań kryptograficznych jest energochłonne.

Częściowo z tego powodu inżynierowie opracowali inne rodzaje mechanizmów konsensusu do weryfikacji transakcji, takie jak Proof of Stake (PoS), Proof of Authority (PoA) i Practical Byzantine Fault Tolerance (BFT).

Jak działa PoW?

Dane transakcji blockchain, takie jak kwota, data i godzina oraz adresy portfeli nadawcy i odbiorcy, są rejestrowane i szyfrowane w nagłówku bloku.

Nagłówek bloku, w którym zapisywane są informacje o każdej transakcji, jest zaszyfrowaną liczbą szesnastkową, którą blockchain tworzy za pomocą funkcji haszującej.

Skrót utworzony dla każdego bloku jest używany w skrócie dla następnego bloku, tworząc trwały łańcuch bloków, którego nie można zmienić ani zmodyfikować. Stanowi to podstawę bezpieczeństwa i niezmienności blockchaina PoW.

Dowód pracy i górnictwo

Po zamknięciu każdego bloku, hash musi zostać zweryfikowany przed utworzeniem nowego bloku.

Hash zawiera serię liczb znanych jako nonce, czyli liczba użyta raz. Każdy górnik generuje hash. Sieć ustala cel, wynik wzoru matematycznego przekonwertowanego na liczbę szesnastkową, która dyktuje trudność wydobycia.

Górnicy muszą wygenerować wartość skrótu poniżej wartości docelowej, aby utworzyć nowy blok. Jeśli wartość skrótu górnika jest wyższa niż wartość docelowa sieci, program wydobywczy dodaje wartość 1 do nonce, aby wygenerować nowy skrót.

Górnik, który rozwiąże hash, transmituje rozwiązanie do sieci. Inni górnicy weryfikują, czy wartość skrótu jest poprawna, a po osiągnięciu konsensusu górnik wygrywa prawo do dodania bloku do łańcucha i otrzymania nagrody za swoją pracę.

Trudność wydobycia

Trudność wydobycia reguluje, jak trudne jest dla górników rozwiązywanie równań kryptograficznych wymaganych do tworzenia i dodawania nowych bloków do łańcucha.

Trudność jest dostosowywana dynamicznie w regularnych odstępach czasu – zazwyczaj co kilka tysięcy bloków – aby zapewnić, że czas potrzebny do wygenerowania każdego bloku pozostaje na stałym poziomie np. 10 minut w przypadku Bitcoina.

Głównym celem dostosowywania trudności jest utrzymanie tego stabilnego tempa tworzenia bloków, niezależnie od wahań całkowitej mocy obliczeniowej (hash rate) sieci.

Jeśli wskaźnik hashowania znacznie wzrośnie, wskazując, że więcej górników rywalizuje o rozwiązanie równań kryptograficznych, trudność wzrośnie, aby utrudnić rozwiązywanie zagadek.

I odwrotnie, jeśli wskaźnik hashowania spadnie, trudność zmniejszy się, aby zagadki były łatwiejsze, zapewniając, że mniejsza liczba górników może nadal generować bloki w pożądanym tempie.

Ten dynamiczny mechanizm regulacji pomaga ustabilizować sieć, zapobiegając gwałtownym wahaniom czasu tworzenia bloków i zapewniając płynne działanie protokołu blockchain.

Górnicy w PoW

Jako że są oni odpowiedzialni za walidację i dodawanie nowych bloków do łańcucha bloków PoW, górnicy mają kluczowe znaczenie dla mechanizmu Proof of Work.

Poświęcają oni zasoby obliczeniowe do rozwiązywania zagadek kryptograficznych sieci i są nagradzani nowo wybitymi Bitcoinami i opłatami transakcyjnymi za swoje wysiłki.

Wysoce konkurencyjny charakter wydobycia oznacza, że w miarę jak blockchain Bitcoina stawał się coraz większy i bardziej popularny, a do sieci dołączało coraz więcej górników, poszczególnym górnikom coraz trudniej było wygrać wyścig w rozwiązywaniu zagadek kryptograficznych.

W rezultacie górnicy przenieśli się poza indywidualne systemy komputerowe do operacji na dużą skalę, a wielu górników dołączyło do pul wydobywczych, aby zwiększyć swoje szanse na otrzymanie nagrody.

Operatorzy pełnych węzłów w PoW

Operatorzy pełnych węzłów utrzymują kopie całego łańcucha bloków i weryfikują transakcje bez angażowania się w wydobywanie. Przyczyniają się do bezpieczeństwa sieci, weryfikując autentyczność bloków i transakcji. Kopie te umożliwiają przywrócenie łańcucha bloków w przypadku zakłóceń lub awarii.

Proof of Work vs. Proof of Stake

Podczas gdy PoW opiera się na mocy obliczeniowej i zużyciu energii, Proof of Stake (PoS) ma na celu osiągnięcie konsensusu przy niższym zużyciu energii i wyższej skalowalności. Sieci PoS wybierają walidatorów na podstawie ilości kryptowaluty, którą posiadają i są skłonni „postawić” lub zablokować na blockchainie jako zabezpieczenie.

Ponieważ nie ma potrzeby, aby górnicy pracowali nad rozwiązywaniem zagadek kryptograficznych, PoS jest mniej energochłonny niż PoW. Walidatorzy w sieciach PoS są znani jako stakerzy, a nie górnicy, i w nagrodę otrzymują jedynie część opłat transakcyjnych, a nie nowo wybite monety.

Wybierając stakerów zamiast czekania, aż górnicy rozwiążą równania, łańcuchy bloków PoS mogą działać ze znacznie szybszym tempem tworzenia bloków niż łańcuchy PoW.

Na przykład, średni czas bloku Ethereum wynosi około 12 sekund, w porównaniu z 10 minutami Bitcoina. Ethereum początkowo działało jako blockchain PoW, ale przeszło na PoS, aby zwiększyć swoją skalowalność.

Kryptowaluty wykorzystujące Proof of Work

Kilka znanych kryptowalut wykorzystuje PoW jako mechanizm konsensusu, w tym Bitcoin, Dogecoin, Litecoin. Ich bazowe sieci blockchain opierają się na PoW w celu zapewnienia bezpieczeństwa transakcji i decentralizacji.

Przykład Proof of Work

Blockchain Bitcoin jako pierwszy wykorzystał mechanizm konsensusu PoW do walidacji transakcji i tworzenia nowych bloków. Pozostaje on najbardziej znanym przykładem działania Proof of Work.

W blockchainie Bitcoina grupy transakcji są zatwierdzane i wysyłane do bloku, a następnie algorytm PoW generuje hash dla bloku. Bitcoin używa algorytmu SHA-256, który zawsze generuje hashe składające się z 64 znaków.

Pierwszy górnik, który wygeneruje hash, który jest niższy niż hash bloku, dodaje blok transakcji do łańcucha i otrzymuje nagrodę za blok Bitcoin, a także część opłat transakcyjnych.

Nagroda za blok Bitcoin została zmniejszona o połowę z 6,25BTC do 3,125BTC w kwietniu 2024 roku w trakcje halvingu. Zmniejszenie o połowę następuje co 210 000 bloków, mniej więcej co cztery lata.

Plusy i minusy Proof of Work

Ograniczenia Proof of Work

Podsumowanie

Proof of Work służy jako solidny mechanizm osiągania konsensusu w sieciach blockchain, zapewniając bezpieczeństwo transakcji i decentralizację.

Pomimo swoich wad, PoW wciąż stanowi fundament niektórych z najważniejszych kryptowalut, kształtując przyszłość zdecentralizowanych finansów i gospodarek cyfrowych.

FAQs